Quantum Computation in Industry 4.0 Cyber-Physical Systems

Resumen

El diseño estratégico de las organizaciones en un entorno donde la complejidad aumenta constantemente, como en los sistemas ciberfísicos típicos de la Industria 4.0, es un proceso lleno de incertidumbres. Los líderes se ven obligados a tomar decisiones que afectan a otras unidades organizativas sin tener la certeza de que sus decisiones sean las correctas. Hasta la fecha, los algoritmos genéticos y redes bayesianas eran capaces de calcular el estado de alineación de los procesos industriales medido a través de ciertos indicadores clave de rendimiento (KPI) para asegurar que los líderes de la Industria 4.0 toman decisiones alineadas con los objetivos estratégicos de la organización. Sin embargo, el coste computacional de estos algoritmos aumenta exponencialmente con el número de KPIs. El objetivo principal de esta tesis es desarrollar algoritmos cuánticos que permitan realizar diseños estratégicos de organizaciones industriales complejas en tiempo real y su implementación práctica. Para ello hemos demostrado que los circuitos cuánticos pueden mejorar los resultados de los algoritmos genéticos y redes bayesianas a la hora de optimizar ciertos procesos industriales complejos. Hemos desarrollado algoritmos que permiten resolver casos prácticos sencillos de cadenas de mando y dependencia en procesos industriales. Como objetivo último hemos implementado el desarrollo teórico basado en principios cuánticos en un dispositivo que permite discernir en tiempo real la necesidad de modificar un proceso industrial por la presencia de errores de producción y conseguir una interface intuitiva para las personas que lo utilicen. La metodología que hemos utilizado a lo largo de la investigación parte del desarrollo de circuitos cuánticos espejo de los procesos industriales que se pretenden diseñar de una manera óptima. Los datos que van a permitir validar los algoritmos cuánticos se han obtenido de una serie de sensores instalados en varios equipos industriales con los que ha sido posible diseñar diferentes casos de estudio. Para la integración de las simulaciones cuánticas en los equipos industriales hemos utilizado sensores Radio Frequency Identification basados en computación de bajo coste en un Raspberry Pi y para conseguir interfaces que puedan ser fácilmente interpretables.